非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法技术

本申请提供一种非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法，其中非制冷红外偏振探测器像元结构包括：底层，所述底层包括读出电路基座以及设在所述读出电路基座上的第一金属电极层、金属反射层和第一介质保护层；中间层，所述中间层包括第一支撑层、热敏层、第二介质保护层、第二金属电极层和第三介质保护层；上层，所述上层包括设在所述第三介质保护层之上的第二支撑层以及设在所述第二支撑层上的光栅层，所述光栅层包括若干个依次排列的光栅。本申请提供的非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法，且体积大幅度减小，降低了光栅层引入的热噪声，提高了偏振探测灵敏度，有利于增大光栅层的消光比。

Pixel Structure and Preparation Method of Uncooled Infrared Polarization Detector

The present application provides an uncooled infrared polarization detector pixel structure and a preparation method, in which the uncooled infrared polarization detector pixel structure comprises a bottom layer comprising a readout circuit base and a first metal electrode layer, a metal reflection layer and a first dielectric protection layer arranged on the readout circuit base, and a middle layer comprising a first support layer and a heat sensitive layer. A layer, a second dielectric protective layer, a second metal electrode layer and a third dielectric protective layer; the upper layer comprises a second support layer on the third dielectric protective layer and a grating layer on the second support layer, and the grating layer comprises several gratings arranged in sequence. The pixel structure and preparation method of uncooled infrared polarization detector provided in this application have greatly reduced the volume, reduced the thermal noise introduced by grating layer, improved the sensitivity of polarization detection, and helped to increase the extinction ratio of grating layer.

【技术实现步骤摘要】
非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法
本申请涉及半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，尤其涉及一种非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法。
技术介绍
红外偏振探测是在红外强度探测基础上，通过获得每一点的偏振信息而增加信息维度的一种技术，不仅能获得目标在二维空间的红外强度信息，而且能获得图像上每一点偏振信息。利用增加的偏振维度，可使伪装、暗弱等目标与背景的差异增强，有利于提高对目标的探测与识别能力。当前常见的红外偏振探测方法包括分时法、分振幅法、分孔径法和焦平面阵列法。前三种方法涉及复杂的光学系统，而且体积大、成本高，而焦平面阵列法只需一个探测器和一个镜头即可实现偏振信息的获取，是目前偏振成像探测领域的研究热点。焦平面阵列法又分为外置集成与内置集成两种。前者即将加工好的微偏振阵列片粘接或焊接到探测器焦平面阵列上，后者为利用MEMS(MicroElectro-Me-ChanicalSystem，微电子机械系统)工艺在焦平面像元上直接制备微光栅。对于前者，就目前的工艺能力而言，实现光刻级对准并不困难，问题在于粘接或焊接是一个机械过程，很难保证微米级的精度，因此外置集成工艺难度大、稳定性差。因此，直接在焦平面像元上方制备微光栅是一个好的选择。在可见光和红外探测领域，目前已有大量文献报道了在像元上制备微光栅的方法，具体到非制冷红外成像领域，有专利报道了一种微偏振结构，但该结构中光栅层与热敏层处于同一微桥面，两者未实现热传导隔离，由此，一方面引入了光栅层热噪声，一方面增大了桥面热容，偏振探测效率较低。
技术实现思路
在下文中给出了关于本申请的简要概述，以便提供关于本申请的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本申请的穷举性概述。它并不是意图确定本申请的关键或重要部分，也不是意图限定本申请的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于现有技术的上述缺陷，本申请的目的之一是提供一种非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法，以实现偏振光学元件与探测器焦平面内置集成，以及光栅层与热敏层的热传导隔离，降低光栅层引入的热噪声。根据本申请的一个方面，提供一种非制冷红外偏振探测器像元结构，包括：底层，所述底层包括读出电路基座以及设在所述读出电路基座上的第一金属电极层、金属反射层和第一介质保护层；其中，所述第一介质保护层覆盖所述第一金属电极层和金属反射层，在所述第一介质保护层上设有电极通孔，以露出所述第一金属电极层；所述读出电路基座中的读出电路与所述第一金属电极层电连接；中间层，所述中间层包括第一支撑层、热敏层、第二介质保护层、第二金属电极层和第三介质保护层；在所述第一介质保护层之上设有所述第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述第一金属电极层，所述第一支撑层上设有所述热敏层，所述热敏层上设有所述第二介质保护层，所述第二介质保护层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述热敏层，所述第二介质保护层上设有所述第二金属电极层，所述第二金属电极层包括设在所述第一通孔内的金属电极和设在所述第二通孔内的金属连线，所述第二金属电极层上设有所述第三介质保护层；所述热敏层通过所述第二金属电极层与所述第一金属电极层电连接；上层，所述上层包括设在所述第三介质保护层之上的第二支撑层以及设在所述第二支撑层上的光栅层，所述光栅层包括若干个依次排列的光栅。根据本申请的另一个方面，提供一种非制冷红外偏振探测器像元结构的制备方法，包括：在读出电路基座上制作第一金属电极层，并对所述第一金属电极层进行图形化处理，使其与所述读出电路基座中的读出电路电连接；在所述读出电路基座上沉积金属反射层，并对所述金属反射层进行图形化处理；在所述读出电路基座的所述第一金属电极层和所述金属反射层上沉积第一介质保护层，并对所述第一介质保护层进行图形化处理，使其开有电极通孔以露出所述第一金属电极层；在图形化处理后的所述第一介质保护层上沉积第一牺牲层，并对所述第一牺牲层进行图形化处理，以露出所述电极通孔中露出的所述第一金属电极层；在图形化处理后的所述第一牺牲层上沉积第一支撑层，并对所述第一支撑层进行图形化处理以开有第一通孔和用于释放所述第一牺牲层的通道，所述第一通孔终止于所述第一金属电极层；在图形化处理后的所述第一支撑层上沉积热敏层，并对所述热敏层进行图形化处理；在图形化处理后的所述热敏层上沉积第二介质保护层，并对所述第二介质保护层进行图形化处理以开有第二通孔，所述第二通孔终止于所述热敏层；在图形化处理后的所述第二介质保护层上沉积第二金属电极层，并对所述第二金属电极层进行图形化处理，以形成设在所述第一通孔内的金属电极和设在所述第二通孔内的金属连线；在图形化处理后的所述第二金属电极层上沉积第三介质保护层，并对所述第三介质保护层进行图形化处理，以开有用于释放所述第一牺牲层的通道；在图形化处理后的所述第三介质保护层上沉积第二牺牲层，并对所述第二牺牲层进行图形化处理，以露出部分所述第三介质保护层；在图形化处理后的所述第三介质保护层上沉积第二支撑层，并对所述第二支撑层进行图形化处理；在图形化处理后的所述第二支撑层上制作光栅层，所述光栅层包括若干个依次排列的光栅。本申请提供的非制冷红外偏振探测器像元结构及制备方法，能够不仅实现了偏振光学元件与探测器焦平面的内置集成，将红外偏振探测系统集成至一个相机，无需复杂的光学系统和机电系统，显著降低了技术复杂度，且体积大幅度减小，而且与直接在热敏层所在的支撑层生长光栅结构相比，实现了光栅层与热敏层的热传导隔离，降低了光栅层引入的热噪声，提高了偏振探测灵敏度，本申请的光栅层独占第二支撑层，第二支撑层的空间全部用来放置光栅层，扩大了光栅层的尺寸，有利于增大光栅层的消光比。附图说明为了进一步阐述本专利技术的以上和其他优点和特征，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。应当理解，这些附图仅描述本专利技术的典型示例，而不应看作是对本专利技术的范围的限定。在附图中：图1为根据本申请的读出电路基座上第一金属电极层、金属反射层与第一介质保护层的形成示意图；图2为根据本申请的第一牺牲层的形成示意图；图3为根据本申请的第一支撑层的形成示意图；图4为根据本申请的热敏层与第二介质保护层的形成示意图；图5为根据本申请的第二金属电极层与第三介质保护层的形成示意图；图6为根据本申请的第二牺牲层的形成示意图；图7为根据本申请的第二支撑层的形成示意图；图8为根据本申请的光栅层的形成示意图；图9为根据本申请的非制冷红外偏振探测器像元结构的剖面示意图；图10A为根据本申请的纯金属结构的光栅的剖面示意图；图10B为根据本申请的多层复合结构的光栅的剖面示意图；图11A为根据本申请的0°光栅俯视示意图；图11B为根据本申请的90°光栅俯视示意图；图11C为根据本申请的45°光栅俯视示意图；图11D为根据本申请的135°光栅俯视示意图；图11E为根据本申请的60°光栅俯视示意图；图11F为根据本申请的120°光栅俯视示意图。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式在下文中将结合附图对本申请的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非制冷红外偏振探测器像元结构，其中，包括：底层，所述底层包括读出电路基座以及设在所述读出电路基座上的第一金属电极层、金属反射层和第一介质保护层；其中，所述第一介质保护层覆盖所述第一金属电极层和金属反射层，在所述第一介质保护层上设有电极通孔，以露出所述第一金属电极层；所述读出电路基座中的读出电路与所述第一金属电极层电连接；中间层，所述中间层包括第一支撑层、热敏层、第二介质保护层、第二金属电极层和第三介质保护层；在所述第一介质保护层之上设有所述第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述第一金属电极层，所述第一支撑层上设有所述热敏层，所述热敏层上设有所述第二介质保护层，所述第二介质保护层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述热敏层，所述第二介质保护层上设有所述第二金属电极层，所述第二金属电极层包括设在所述第一通孔内的金属电极和设在所述第二通孔内的金属连线，所述第二金属电极层上设有所述第三介质保护层；所述热敏层通过所述第二金属电极层与所述第一金属电极层电连接；上层，所述上层包括设在所述第三介质保护层之上的第二支撑层以及设在所述第二支撑层上的光栅层，所述光栅层包括若干个依次排列的光栅。...

【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外偏振探测器像元结构，其中，包括：底层，所述底层包括读出电路基座以及设在所述读出电路基座上的第一金属电极层、金属反射层和第一介质保护层；其中，所述第一介质保护层覆盖所述第一金属电极层和金属反射层，在所述第一介质保护层上设有电极通孔，以露出所述第一金属电极层；所述读出电路基座中的读出电路与所述第一金属电极层电连接；中间层，所述中间层包括第一支撑层、热敏层、第二介质保护层、第二金属电极层和第三介质保护层；在所述第一介质保护层之上设有所述第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述第一金属电极层，所述第一支撑层上设有所述热敏层，所述热敏层上设有所述第二介质保护层，所述第二介质保护层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述热敏层，所述第二介质保护层上设有所述第二金属电极层，所述第二金属电极层包括设在所述第一通孔内的金属电极和设在所述第二通孔内的金属连线，所述第二金属电极层上设有所述第三介质保护层；所述热敏层通过所述第二金属电极层与所述第一金属电极层电连接；上层，所述上层包括设在所述第三介质保护层之上的第二支撑层以及设在所述第二支撑层上的光栅层，所述光栅层包括若干个依次排列的光栅。2.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测器像元结构，其中，所述光栅层的光栅周期为10～1500nm，填充因子为0.2～0.8。3.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测器像元结构，其中，所述光栅为纯金属结构或多层复合结构。4.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测器像元结构，其中，所述热敏层的材料为以下其中之一：氧化钒、氧化钛、氧化锌、非晶硅、锰钴镍氧和钇钡铜氧。5.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测器像元结构，其中，所述第一金属电极层以及所述第二金属电极层的材料为以下其中之一：镍铬合金、钛和氮化钛。6.一种非制冷红外偏振探测器像元结构的制备方法，其中，包括：在读出电路基座上制作第一金属电极层，并对所述第一金属电极层进行图形化处理，使其与所述读出电路基座中的读...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连东，李煜，赵永强，潘泉，
申请(专利权)人：北方广微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11